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1、第三章、非均相混合物 分离及固体流态化3.1 沉降分离原理及设备3.1.1 颗粒相对于流体的运动3.1.2 重力沉降3.1.3 离心沉降1惯性离心力作用下实现的沉降过程称为离心沉降 。 颗粒受到三个力 颗粒与流体 在径向上的 相对速度向心力惯性离心力阻力一、离心沉降速度及分离因数颗粒的圆周 运动速度2上述三个力达到平衡时：平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速 度ur便是它在此位置上的离心沉降速度：离心沉降速度(3-35) 一、离心沉降速度及分离因数3一、离心沉降速度及分离因数离心沉降时，若颗粒与流体的相对运动处于滞流区， 则可得 同一颗粒所受的离心力与重力之比称为离心分离因 数。 离心分离因素
2、4二、离心沉降设备1. 旋风分离 器（1）旋风分 离器的结构 与操作原理 动画155（2）旋风分离器的性能临界粒径旋风分离器的 进气口宽度旋风分离器的 进口气速气流的有效旋 转圈数临界粒径是判断旋风分离器分离效率高低的重要依据 。临界粒径越小，说明旋风分离器的分离性能越好。二、离心沉降设备6分离效率总效率0 粒级效率pi 二、离心沉降设备7通过实测旋风分离器进、出气流中所含尘粒 的浓度及粒度分布，可得粒级效率与颗粒直径di 的对应关系曲线，该曲线称为粒级效率曲线。 粒级效率曲线粒级效率恰为50%的颗粒直径，称为分割粒 径。 分割粒径 二、离心沉降设备8同一型式且尺寸比例相同的旋风分离器 曲线相
3、同，因此此曲线估算旋风分离器的效率较 为方便。 二、离心沉降设备9图3-11 标准旋风分离器的 曲线 二、离心沉降设备10压力降阻力系数 标准旋风分离器为8操作温度，颗粒密度、粒径、进口气速度及粉尘 浓度等情况。 影响旋风分离器性能的因素 二、离心沉降设备11（3）旋风分离器类型二、离心沉降设备XLT/A型 12XLP/B型 二、离心沉降设备13XLK型(扩散式) 二、离心沉降设备14（4）旋风分离器的选用首先应根据系统的物性，结合各型设备的 特点，选定旋风分离器的类型；然后依据含尘气的体积流量，要求达到的 分离效率，允许的压力降计算决定旋风分离器 的型号与个数。 二、离心沉降设备152. 旋
4、液分离器旋液分离器又称水力旋流器，是利用离心沉 降原理从悬浮液中分离固体颗粒的设备，它的结 构与操作原理和旋风分离器类似。 二、离心沉降设备16第三章、非均相混合物 分离及固体流态化3.2 过滤分离原理及设备3.2.1 流体通过固体颗粒床层的流动17一、固体颗粒群的特性1.颗粒群的粒度分布筛分是用单层或多层筛面将松散的物料按 颗粒粒度分成两个或多个不同粒级产品的过程 。 分布函数Fi定义为第i层筛网的筛过量占样 品总量的质量分数，以dpi为横坐标，Fi为纵坐 标得到的曲线即为分布函数曲线。 筛分分布函数18频率函数 一、固体颗粒群的特性图3-16 颗粒的分布函数曲线和频率函数曲线 192. 颗
5、粒群的平均直径粒群的平均直径计算式为 （3-46） 一、固体颗粒群的特性20二、固体颗粒床层的特性1. 床层的空隙率 空隙率以表示，即212. 床层的自由截面积床层截面上未被颗粒占据的流体可以 自由通过的面积，称为床层的自由截面积 。 3. 床层的比表面积床层的比表面积是指单位体积床层中具 有的颗粒与流体接触的表面积。若忽略床层中颗粒间相互重叠的接触面 积。 二、固体颗粒床层的特性22床层的比表面积也可用颗粒的堆积密度估算，即 二、固体颗粒床层的特性颗粒的堆 积密度颗粒的 真实密 度234. 床层的当量直径二、固体颗粒床层的特性简化模型是将床层中不规则的通道假设成长 度为 L，当量直径为 的一
6、组平行细管，并且规 定： （1）细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容 积； （2）细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积 。24依照非圆形管当量直径的定义，可推出 （3-49） 二、固体颗粒床层的特性25三、流体通过固体颗粒床层 （固定床）的压降流体通过固定床的压力降主要有两方面：一是流体与颗粒表面间的摩擦作用产生的压力降 。二是流动过程中，孔道截面积突然扩大和突然缩 小以及流体对颗粒的撞击产生的压力降。 26采用计算床层当量直径时所用的简化模型， 将流体通过床层的流动看作流体通过一组当量直 径为deb的平行细管流动，可得到其压力降为： （3-52） 床层雷诺数 床层的摩擦系 数，是床层雷
7、诺数的函数三、流体通过固体颗粒床层 （固定床）的压降27康采尼（Kozeny）方程欧根（Ergun）方程（3-55） （3-58） 三、流体通过固体颗粒床层 （固定床）的压降28第三章、非均相混合物 分离及固体流态化3.2 过滤分离原理及设备3.2.1 流体通过固体颗粒床层的流动3.2.2 过滤操作的原理29过滤是在外力作用下，使悬浮液中的液体 通过多孔介质的孔道，而固体颗粒被截留在介 质上，从而实现固、液分离的操作。 过滤30图3-17 过滤操作示意图动画1631一、过滤方式1饼层过滤2深床过滤3膜过滤饼层过滤时发生“架桥”现象图3-1832二、过滤介质（1）对过滤介质的性能要求具有足够的机
8、构强度和尽可能小的流动阻力 ，同时，还应具有相应的化学稳定性，耐腐蚀性 和耐热性。应用于食品和生物制品过滤的介质还 应考虑无毒，不易滋生微生物，易清洗消毒等。 （2）工业上常用的过滤介质的种类 织物介质(又称滤布) 堆积介质 多孔固体介质 多孔膜 33三、滤饼的压缩性和助滤剂不可压缩滤饼可压缩滤饼当滤饼两侧的压力差增大时，颗粒的形状和颗 粒间的空隙不会发生明显变化，单位厚度床层的流 动阻力可视作恒定。 当滤饼两侧的压力差增大时，颗粒的形状和 颗粒间的空隙会有明显的改变，单位厚度饼层的 流动阻力随压力差增大而增大。 34助滤剂助滤剂是某种质地坚硬而能形成疏松饼层 的固体颗粒或纤维状物质，将其混入悬浮液或 预涂于过滤介质上，可以改善饼层的性能，使 滤液得以畅流。 三、滤饼的压缩性和助滤剂35练 习 题 目思考题作业题: 4、51.分析影响旋风分离器临界粒径的因素。2.选择旋风分离器时应该依据哪些性能指标?3.过滤的方式有哪些？饼层过滤时，真正起过滤作用的是什么？36
